放大用光纤及使用该光纤的光纤放大器的制作方法
专利名称：放大用光纤及使用该光纤的光纤放大器的制作方法
技术领域：
本发明涉及放大用光纤及使用该光纤的光纤放大器，尤其涉及能够有效地吸收激励光的放大用光纤及使用该光纤的光纤放大器。
背景技术：
在光通信装置、光纤激光器装置中，使用在被包层被覆的纤芯中添加了用于放大光的活性元素的放大用光纤。公知，在该放大用光纤中会产生激励光的一部分仅在包层中传播而不被活性元素吸收，对光的放大无贡献的偏模(skew mode)。作为用于抑制这样的偏模的技术之一，公知有使放大用光纤的截面上的包层的外形为D型，或者为多边形的技术。下述专利文献I中记载有如上所述的包层的截面外形被形成为多边形的放大用光纤。该专利文献I中记载的放大用光纤的包层的截面的最大外径与最小外径之差为平均 外径的6%以下。专利文献I :国际公开第2009/028614号但是，即使在上述专利文献I中记载的放大用光纤中，也需求更进一步的激励光的有效吸收。
发明内容
于是，本发明的目的在于提供一种使活性元素能够有效地吸收激励光的放大用光纤以及使用该光纤的光纤放大器。本发明的放大用光纤具备添加了活性元素的纤芯、被覆所述纤芯的包层和被覆所述包层的外部包层，该放大用光纤的特征在于，所述包层的截面上的外形为多边形，并且若将所述外形的内切圆的直径设为r，将外接圆的直径设为R，则满足O. 92 ( r/R ( O. 97。根据这样的放大用光纤，内切圆的直径与外接圆的直径之比(r/R)为O. 92以上，因此能够抑制外部包层的偏壁。因此，能够抑制包层减弱激励光封闭能力，当包层传播激励光时，能够抑制激励光的损耗。进一步，r/R在O. 97以下，因此能够抑制激励光的偏模(skewmode)。这样，能够抑制激励光的损耗，能够抑制偏模，因此能够利用添加到纤芯中的活性元素来有效地吸收激励光。进一步，优选在上述放大用光纤中，所述内切圆的直径r与所述外接圆的直径R满足 O. 92 彡 r/R ( O. 96。通过这样构成，能够进一步抑制激励光的偏模。进一步，优选在上述放大用光纤中，所述多边形的顶点为圆弧形。根据这样的放大用光纤，由于多边形的顶点为圆弧形，因此与多边形的顶点有棱角的情况相比，还能够抑制外部包层的偏壁。这样，在本说明书中，多边形是指包含顶点为圆弧形的情况的概念。另外，优选在上述放大用光纤中，所述多边形的顶点的数量为奇数。根据这样的放大用光纤，包层的外形不会二次轴对称。因此，在制造时，能够提高包层的外形的控制性。另外，优选在上述放大用光纤中，所述多边形为5 8边形。另外，进一步优选在上述放大用光纤中，所述多边形为7边形。另外，优选在上述放大用光纤中，所述包层由多层包覆层构成。通过这样构成，能够进一步防止激励光从包层中泄漏。另外，本发明的光纤放大器的特征在于，具备上述的放大用光纤；以及激励光源，其输出入射到所述放大用光纤中的激励光。根据这样的光纤放大器，放大用光纤能够有效地吸收激励光，因此能够提高光的放大效率。
根据本发明，提供能够有效地吸收激励光的放大用光纤以及使用该光纤的光纤放大器。
图I是表示本发明的实施方式的光纤放大器的图。图2是表示图I的放大用光纤的样子的图。图3是表示将图I的放大用光纤的捆起来的样子的图。图4是表示将图3的放大用光纤的线束压瘪的样子的图。
具体实施例方式以下，参照附图对本发明的光纤放大器的优选的实施方式详细地进行说明。图I是表示本发明的实施方式的光纤放大器的图。如图I所示，光纤放大器I主要具备下述构成输出种子光的种子光源11 ;输出激励光的激励光源13 ;被输入种子光和激励光的双包层光纤16 ;向双包层光纤16输入种子光和激励光的光纤合束器15 ;以及一端与双包层光纤16连接的放大用光纤20。种子光源11例如由激光二极管所构成的激光源、或法布里珀罗型、光纤环型的光纤激光器装置构成。从该种子光源11输出的种子光没有特别限制，例如，是波长为1070nm的激光。另外，种子光源11与由纤芯以及被覆纤芯的包层构成的种子光传播用光纤12结合，从种子光源11输出的种子光在种子光传播用光纤12的纤芯中传播。作为种子光传播用光纤12可例举单模光纤，该情况下，种子光作为单模光在种子光传播用光纤12中传播。激励光源13由多个激光二极管13a构成，激光二极管13a在本实施方式中为半导体激光器，如上述那样，当种子光的波长为1070nm时，例如输出波长为915nm的激励光。另夕卜，激励光源13的各个激光二极管13a与激励光传播用光纤14连接，从激光二极管13a输出的激励光在激励光传播用光纤14中传播。作为激励光传播用光纤14，可例举多模光纤，该情况下，激励光作为多模光在激励光传播用光纤14中传播。连接激励光传播用光纤14的光纤合束器15通过熔融延伸种子光传播用光纤12和激励光传播用光纤14使其一体化而构成，并与双包层光纤16连接。双包层光纤16由纤芯、被覆纤芯的外周的包层、被覆包层的外周的外部包层、被覆外部包层的外周的保护层构成。在该双包层光纤16中，包层的折射率比纤芯的折射率低，外部包层的折射率比包层的折射率还低。另外，作为构成纤芯的材料，可例举添加了使折射率上升的铝(Al)等掺杂剂的石英；作为构成包层的材料，可例举未添加掺杂剂的石英；作为构成外部包层的材料，可例举紫外线硬化树脂，作为构成保护层的材料，可例举与构成外部包层的材料不同的紫外线硬化树脂。放大用光纤20 —端与双包层光纤16连接，该放大用光纤20的与双包层光纤16侧相反的一侧的端部不作任何连接，该不作任何连接的端部作为输出端。图2是表示该放大用光纤20的样子的图，具体而言，图2的(A)是表示与放大用光纤20的长度方向垂直的截面的构造的样子的图，图2的(B)是表示放大用光纤20的直径方向上的折射率的样子的图。如图2的(A)所示，放大用光纤20具备纤芯21、被覆纤芯21的外周的包层22、被覆包层22的外周的外部包层23以及被覆外部包层23的外周的保护层24。另外，在放大用光纤20的截面上，纤芯21的外形为圆形，包层22的外形为多边形。另外，外部包层23的外形以及保护层24外形为圆形。其中，在本实施方式中，包层22的截面的外形为7边形，包层22的顶点为圆弧形。此外，在图2的(A)中，用虚线表示放大用光纤20的截面的包层22的外形的内切圆c以及外接圆C。而且，如图2的(A)所示，将内切圆c的直径设为r，将外接圆C的直径设为R时，包层22满足O. 92 ≤ r/R ≤ O. 97。另外，如图2的(A)所示，在放大用光纤20的截面上，包层22的外形为多边形，夕卜部包层23的外形为圆形，因此外部包层23产生偏壁。在图2的(A)中，外部包层23的最薄的部分的厚度为t，最厚的部分的厚度为T。另外，在该放大用光纤20中，如图2的(B)所示，包层22的折射率比纤芯21的折射率低，外部包层23的折射率比包层22的折射率还低，保护层24的折射率比纤芯21的折
射率高。作为构成纤芯21的材料，可例举通过由激励光源13输出的激励光而成为激励状态的添加了镱(Yb)等活性元素的石英。该活性元素是通过吸收激励光而成为激励状态的元素，作为这样的活性元素，可例举稀土类元素，作为稀土类元素，除上述Yb之外，可列举铥(Tm)、铈(Ce)、钕(Nd)、铕(Eu)等。另外，作为活性元素，除稀土类元素之外，可例举铋(Bi )、铬(Cr)等。此外，使石英的折射率上升的Al等掺杂剂也可以与活性元素一并被添加。作为这样的使石英的折射率上升的掺杂剂，除上述Al之外，可例举锗(Ge)、磷(P)等。另外，作为构成包层22的材料，可例举未添加掺杂剂的纯石英、添加了使折射率下降的氟(F)等掺杂剂的石英。其中，添加到纤芯21的Al等掺杂剂、添加到包层22的F等掺杂剂是用于调整折射率的掺杂剂，因此对添加与否或添加元素的种类不做特别限定。另外，作为构成外部包层23的材料，可例举紫外线硬化树脂，作为构成保护层24的材料，可例举与构成外部包层23的材料不同的紫外线硬化树脂。下面，对光纤放大器I的动作进行说明。首先，从种子光源11输出种子光的同时从激励光源13输出激励光。这时从种子光源11输出的种子光如上所述，例如波长为1070nm。从种子光源11输出的种子光在种子光传播用光纤12的纤芯中传播，并输入至光纤合束器15。另一方面，从激励光源13输出的激励光如上所述，例如波长为915nm。从激励光源13输出的激励光在激励光传播用光纤14中传播，并输入至光纤合束器15。这样，输入光纤合束器15的种子光在双包层光纤16的纤芯中传播，并输入至放大用光纤20的纤芯21，在纤芯21中传播。另一方面，输入至光纤合束器15的激励光主要在双包层光纤16的包层中传播，并输入至放大用光纤20，从而主要在放大用光纤20的包层22中传播。并且，激励光通过放大用光纤20的纤芯21时，被添加于纤芯21中的活性元素吸收，来激发活性元素。被激发的活性元素发生受激辐射，由于该受激辐射，种子光被放大，作为输出光从放大用光纤20的输出端输出。接下来，对激励光在放大用光纤20中传播时的激励光的偏模进行说明。图3是表示将图I的放大用光纤20捆起来的样子的图。首先，如图3所示，以卷成直径130mm的圆形状的状态将放大用光纤20捆起来。然后，不使种子光源11输出种子光，仅使激励光从激励光源13输入放大用光纤20。这时将从输出端输出的激励光的功率 设为Wl (W)。该输出的激励光的功率Wl (W)成为未被如图3所示的状态的放大用光纤20吸收的激励光的功率。在该状态下未被吸收的激励光的功率是激励光在包层中传播的放大用光纤在通常被使用的状态下，一般地从输出端输出的功率。接下来，如图4所示那样，将图3的放大用光纤20的线束压瘪而使其变形。这时在放大用光纤20最大弯曲的部分中，直径会变为30mm。在该状态下，与在图3的状态下仅向放大用光纤20输入激励光同样，不使种子光源11输出种子光，仅使激励光从激励光源13输入至放大用光纤20。将这时从输出端输出的激励光的功率设为W2 (W)。该输出的激励光的功率W2 (W)在放大用光纤20中，成为在极力减少了不被活性元素吸收的激励光的状态下，未被活性元素吸收的激励光的功率。另外，在不存在放大用光纤20的状态下，不使种子光源11输出种子光，同样地仅使激励光从激励光源13输出。而且，将从双包层光纤16输出的激励光的功率设为WKO。这成为被输入放大用光纤20的激励光的功率。这时，Wl — W2表示图I的放大用光纤20中的不交轴光线(skew ray)的功率。另外，WO — W2表不放大用光纤20能够吸收的激励光的功率。S卩，表不当种子光与激励光被输入放大用光纤20时，能够通过放大用光纤20放大种子光的激励光的功率。因此，(Wl — W2)/ (W0 — W2)为(放大用光纤20中的不交轴光线的功率)/ (放大用光纤20可以吸收的激励光的功率)，表示不交轴光线相对于吸收光的功率的比率。并且，当不交轴光线相对于该吸收光的功率的比率大于10%时，不交轴光线的增加的比例开始变大，当比13%大时，不交轴光线更急剧地增加。因此，在放大用光纤20中，不交轴光线相对于该吸收光的功率的比率差，超过13%时，则种子光的放大效率急剧地变差。但是，在本实施方式中，如上所述，满足r/R ^ O. 97,因此(Wl — W2)/ (W0 — W2) < 13%。从而，本实施方式的放大用光纤20能够抑制不交轴光线，因此能够有效地吸收激励光。另外，进一步，当满足r/R 彡 O. 96 时，
(ffl - W2) / (WO - W2) < 10%，因此，放大用光纤20能够进一步抑制不交轴光
线，能够更有效地吸收激励光。接下来，对放大用光纤20中的泄漏光进行说明。通常，公知的是，若在放大用光纤中，产生外部包层的偏壁，则会产生激励光的泄漏。而且，当将外部包层23的最薄的部分的厚度 t设为I时，若厚的部分的厚度T的厚度超过I. 4，则该激励光的泄漏会急剧增大。但是，如上所述，本实施方式中的放大用光纤20的包层22满足O. 92 ( r/R,因此，即使在制造时外部包层23的偏壁产生偏差的情况下，当将外部包层23的最薄的部分的厚度t设为I时，厚的部分的厚度T也为1.4以下。因此，能够有效地抑制激励光的泄漏。如上述说明，根据本实施方式的放大用光纤20，内切圆c的直径!■与外接圆C的直径R的比(r/R)满足O. 92 彡 r/R 彡 O. 97。因此，本实施方式的放大用光纤20能够抑制外部包层23的偏壁引起的激励光的损耗，进一步，能够抑制激励光的偏模。因此，通过添加于纤芯21中的活性元素，能够有效地吸收激励光。因此，使用了这样的放大用光纤20的本实施方式的光纤放大器I能够有效地进行光的放大。进一步，当内切圆c的直径r与外接圆C的直径R的比(r/R)满足O. 92 彡 r/R 彡 O. 96 时，放大用光纤20能够进一步抑制激励光的偏模，能够有效地吸收激励光，因此使用了这样的放大用光纤20的光纤放大器I能够更有效地进行光的放大。另外，本实施方式的放大用光纤20的截面上的包层22的外形的顶点为圆弧形，因此与多边形的顶点有棱角的情况相比，能够抑制外部包层23的偏壁。以上，以实施方式为例对本发明进行了说明，当本发明不限于此。例如，在上述实施方式中，放大用光纤20的截面上的包层22的外形的顶点为圆弧形，但本发明不限于此，包层22的外形的顶点也可以有棱角。另外，在上述实施方式中，放大用光纤20的截面的包层22的外形为7边形，但本发明不限于此，也可以是其他的多边形。而且，若包层22的外形的顶点的个数为奇数，则不会构成二次轴对称，因此在制造时，能够提高包层22的外形的控制性。另外，因为便于制造，优选包层22的外形的顶点的个数为5 8个。另外，在上述实施方式中，放大用光纤20的包层22为单层，但本发明不限于此，包层22也可以由多层构成。该情况下，能够进一步防止激励光从包层泄漏。实施例以下，例举实施例以及比较例来更具体地说明本发明的内容，但本发明不限于此。(实施例I)通过MCVD法制作了纤芯主材的外周用包层主材被覆的光纤预制棒的中间体，其中纤芯主材的材料为一并添加了 Ybl. 2质量％和A13. 5质量％的石英，包层主材为不含添加物的石英，。之后，对光纤预制棒的中间体进行切削加工，制作了与长度方向垂直的截面的包层主材的外形为7边形的光纤预制棒。然后，对该光纤预制棒进行拉丝，进一步，用紫外线硬化树脂所构成的外部包层被覆包层的外周。然后，进一步用紫外线硬化树脂所构成的保护层被覆外部包层的外周，制作出长度为IOm的放大用光纤。此时，在拉丝中调整拉丝炉的温度，来使截面上的包层的外形的顶点为圆弧形。这样制作出的放大用光纤的纤芯的直径为7μπι。此外，包层的内切圆的直径r以及外接圆的直径R为表I所示的大小。因此，r/R为表I所示的值。另外，外部包层的外径为 160 μ m。(实施例2 4)将拉丝中的拉丝炉的温度调整成分别与实施例I不同的温度，以使包层的截面上的外形的顶点的弧度与实施例I不同，除此之外与实施例I同样的方法来制作出放大用光纤。该制作出的放大用光纤的包层的内切圆的直径r，以及外接圆的直径R为表I所示的大小。因此，实施例2 4的放大用光纤中的r/R分别为表I所示的值。其中，外部包层的外径与实施例I相同。(比较例I 3)将拉丝中的拉丝炉的温度调整成分别与实施例I 4不同的温度，来使包层的截面上的外形的顶点的弧度与实施例I 4不同，除此以外与实施例I同样的方法来制作出放大用光纤。该制作出的放大用光纤的包层的内切圆的直径r以及外接圆的直径R为表I所示的大小。因此，比较例I 3的放大用光纤中的r/R分别为表I所示的值。其中，外部包层的外径与实施例I同样。[表 I]
权利要求
1.一种放大用光纤，其具备添加了活性元素的纤芯、被覆所述纤芯的包层以及被覆所述包层的外部包层， 该放大用光纤的特征在干， 所述包层的截面的外形为多边形，并且若将所述外形的内切圆的直径设为r，将外接圆的直径设为R，则满足0. 92彡r/R く 0. 97。
2.根据权利要求I所述的放大用光纤，其特征在干， 所述内切圆的直径r与所述外接圆的直径R满足0. 92彡r/R彡0. 96。
3.根据权利要求I或2所述的放大用光纤，其特征在干， 所述多边形的顶点为圆弧形。
4.根据权利要求r3中的任意一项所述的放大用光纤，其特征在干， 所述多边形的顶点的数量为奇数。
5.根据权利要求r3中的任意一项所述的放大用光纤，其特征在干， 所述多边形为5边形 8边形。
6.根据权利要求5所述的放大用光纤，其特征在干， 所述多边形是7边形。
7.根据权利要求1 6中的任意一项所述的放大用光纤,其特征在于， 所述包层由多层包覆层构成。
8.ー种子光纤放大器，其特征在干， 具备 权利要求r7中的任意一项所述的放大用光纤；以及 激励光源，输出入射到所述放大用光纤中的激励光。
全文摘要
本发明的目的在于提供一种使活性元素能够有效地吸收激励光的放大用光纤以及使用该光纤的光纤放大器。放大用光纤(20)具备添加了活性元素的纤芯(21)、被覆纤芯(21)的包层(22)以及被覆包层(22)的外部包层(23)，该放大用光纤(20)的特征在于，包层(22)的截面的外形为多边形，并且若将内切圆的直径设为r，将外接圆的直径设为R，则满足0.92≤r/R≤0.97。
文档编号H01S3/06GK102782963SQ20118001020
公开日2012年11月14日 申请日期2011年2月21日 优先权日2010年2月22日
发明者高梨智弘 申请人:株式会社藤仓
技术领域：
本发明涉及放大用光纤及使用该光纤的光纤放大器，尤其涉及能够有效地吸收激励光的放大用光纤及使用该光纤的光纤放大器。
背景技术：
在光通信装置、光纤激光器装置中，使用在被包层被覆的纤芯中添加了用于放大光的活性元素的放大用光纤。公知，在该放大用光纤中会产生激励光的一部分仅在包层中传播而不被活性元素吸收，对光的放大无贡献的偏模(skew mode)。作为用于抑制这样的偏模的技术之一，公知有使放大用光纤的截面上的包层的外形为D型，或者为多边形的技术。下述专利文献I中记载有如上所述的包层的截面外形被形成为多边形的放大用光纤。该专利文献I中记载的放大用光纤的包层的截面的最大外径与最小外径之差为平均 外径的6%以下。专利文献I :国际公开第2009/028614号但是，即使在上述专利文献I中记载的放大用光纤中，也需求更进一步的激励光的有效吸收。
发明内容
于是，本发明的目的在于提供一种使活性元素能够有效地吸收激励光的放大用光纤以及使用该光纤的光纤放大器。本发明的放大用光纤具备添加了活性元素的纤芯、被覆所述纤芯的包层和被覆所述包层的外部包层，该放大用光纤的特征在于，所述包层的截面上的外形为多边形，并且若将所述外形的内切圆的直径设为r，将外接圆的直径设为R，则满足O. 92 ( r/R ( O. 97。根据这样的放大用光纤，内切圆的直径与外接圆的直径之比(r/R)为O. 92以上，因此能够抑制外部包层的偏壁。因此，能够抑制包层减弱激励光封闭能力，当包层传播激励光时，能够抑制激励光的损耗。进一步，r/R在O. 97以下，因此能够抑制激励光的偏模(skewmode)。这样，能够抑制激励光的损耗，能够抑制偏模，因此能够利用添加到纤芯中的活性元素来有效地吸收激励光。进一步，优选在上述放大用光纤中，所述内切圆的直径r与所述外接圆的直径R满足 O. 92 彡 r/R ( O. 96。通过这样构成，能够进一步抑制激励光的偏模。进一步，优选在上述放大用光纤中，所述多边形的顶点为圆弧形。根据这样的放大用光纤，由于多边形的顶点为圆弧形，因此与多边形的顶点有棱角的情况相比，还能够抑制外部包层的偏壁。这样，在本说明书中，多边形是指包含顶点为圆弧形的情况的概念。另外，优选在上述放大用光纤中，所述多边形的顶点的数量为奇数。根据这样的放大用光纤，包层的外形不会二次轴对称。因此，在制造时，能够提高包层的外形的控制性。另外，优选在上述放大用光纤中，所述多边形为5 8边形。另外，进一步优选在上述放大用光纤中，所述多边形为7边形。另外，优选在上述放大用光纤中，所述包层由多层包覆层构成。通过这样构成，能够进一步防止激励光从包层中泄漏。另外，本发明的光纤放大器的特征在于，具备上述的放大用光纤；以及激励光源，其输出入射到所述放大用光纤中的激励光。根据这样的光纤放大器，放大用光纤能够有效地吸收激励光，因此能够提高光的放大效率。
根据本发明，提供能够有效地吸收激励光的放大用光纤以及使用该光纤的光纤放大器。
图I是表示本发明的实施方式的光纤放大器的图。图2是表示图I的放大用光纤的样子的图。图3是表示将图I的放大用光纤的捆起来的样子的图。图4是表示将图3的放大用光纤的线束压瘪的样子的图。
具体实施例方式以下，参照附图对本发明的光纤放大器的优选的实施方式详细地进行说明。图I是表示本发明的实施方式的光纤放大器的图。如图I所示，光纤放大器I主要具备下述构成输出种子光的种子光源11 ;输出激励光的激励光源13 ;被输入种子光和激励光的双包层光纤16 ;向双包层光纤16输入种子光和激励光的光纤合束器15 ;以及一端与双包层光纤16连接的放大用光纤20。种子光源11例如由激光二极管所构成的激光源、或法布里珀罗型、光纤环型的光纤激光器装置构成。从该种子光源11输出的种子光没有特别限制，例如，是波长为1070nm的激光。另外，种子光源11与由纤芯以及被覆纤芯的包层构成的种子光传播用光纤12结合，从种子光源11输出的种子光在种子光传播用光纤12的纤芯中传播。作为种子光传播用光纤12可例举单模光纤，该情况下，种子光作为单模光在种子光传播用光纤12中传播。激励光源13由多个激光二极管13a构成，激光二极管13a在本实施方式中为半导体激光器，如上述那样，当种子光的波长为1070nm时，例如输出波长为915nm的激励光。另夕卜，激励光源13的各个激光二极管13a与激励光传播用光纤14连接，从激光二极管13a输出的激励光在激励光传播用光纤14中传播。作为激励光传播用光纤14，可例举多模光纤，该情况下，激励光作为多模光在激励光传播用光纤14中传播。连接激励光传播用光纤14的光纤合束器15通过熔融延伸种子光传播用光纤12和激励光传播用光纤14使其一体化而构成，并与双包层光纤16连接。双包层光纤16由纤芯、被覆纤芯的外周的包层、被覆包层的外周的外部包层、被覆外部包层的外周的保护层构成。在该双包层光纤16中，包层的折射率比纤芯的折射率低，外部包层的折射率比包层的折射率还低。另外，作为构成纤芯的材料，可例举添加了使折射率上升的铝(Al)等掺杂剂的石英；作为构成包层的材料，可例举未添加掺杂剂的石英；作为构成外部包层的材料，可例举紫外线硬化树脂，作为构成保护层的材料，可例举与构成外部包层的材料不同的紫外线硬化树脂。放大用光纤20 —端与双包层光纤16连接，该放大用光纤20的与双包层光纤16侧相反的一侧的端部不作任何连接，该不作任何连接的端部作为输出端。图2是表示该放大用光纤20的样子的图，具体而言，图2的(A)是表示与放大用光纤20的长度方向垂直的截面的构造的样子的图，图2的(B)是表示放大用光纤20的直径方向上的折射率的样子的图。如图2的(A)所示，放大用光纤20具备纤芯21、被覆纤芯21的外周的包层22、被覆包层22的外周的外部包层23以及被覆外部包层23的外周的保护层24。另外，在放大用光纤20的截面上，纤芯21的外形为圆形，包层22的外形为多边形。另外，外部包层23的外形以及保护层24外形为圆形。其中，在本实施方式中，包层22的截面的外形为7边形，包层22的顶点为圆弧形。此外，在图2的(A)中，用虚线表示放大用光纤20的截面的包层22的外形的内切圆c以及外接圆C。而且，如图2的(A)所示，将内切圆c的直径设为r，将外接圆C的直径设为R时，包层22满足O. 92 ≤ r/R ≤ O. 97。另外，如图2的(A)所示，在放大用光纤20的截面上，包层22的外形为多边形，夕卜部包层23的外形为圆形，因此外部包层23产生偏壁。在图2的(A)中，外部包层23的最薄的部分的厚度为t，最厚的部分的厚度为T。另外，在该放大用光纤20中，如图2的(B)所示，包层22的折射率比纤芯21的折射率低，外部包层23的折射率比包层22的折射率还低，保护层24的折射率比纤芯21的折
射率高。作为构成纤芯21的材料，可例举通过由激励光源13输出的激励光而成为激励状态的添加了镱(Yb)等活性元素的石英。该活性元素是通过吸收激励光而成为激励状态的元素，作为这样的活性元素，可例举稀土类元素，作为稀土类元素，除上述Yb之外，可列举铥(Tm)、铈(Ce)、钕(Nd)、铕(Eu)等。另外，作为活性元素，除稀土类元素之外，可例举铋(Bi )、铬(Cr)等。此外，使石英的折射率上升的Al等掺杂剂也可以与活性元素一并被添加。作为这样的使石英的折射率上升的掺杂剂，除上述Al之外，可例举锗(Ge)、磷(P)等。另外，作为构成包层22的材料，可例举未添加掺杂剂的纯石英、添加了使折射率下降的氟(F)等掺杂剂的石英。其中，添加到纤芯21的Al等掺杂剂、添加到包层22的F等掺杂剂是用于调整折射率的掺杂剂，因此对添加与否或添加元素的种类不做特别限定。另外，作为构成外部包层23的材料，可例举紫外线硬化树脂，作为构成保护层24的材料，可例举与构成外部包层23的材料不同的紫外线硬化树脂。下面，对光纤放大器I的动作进行说明。首先，从种子光源11输出种子光的同时从激励光源13输出激励光。这时从种子光源11输出的种子光如上所述，例如波长为1070nm。从种子光源11输出的种子光在种子光传播用光纤12的纤芯中传播，并输入至光纤合束器15。另一方面，从激励光源13输出的激励光如上所述，例如波长为915nm。从激励光源13输出的激励光在激励光传播用光纤14中传播，并输入至光纤合束器15。这样，输入光纤合束器15的种子光在双包层光纤16的纤芯中传播，并输入至放大用光纤20的纤芯21，在纤芯21中传播。另一方面，输入至光纤合束器15的激励光主要在双包层光纤16的包层中传播，并输入至放大用光纤20，从而主要在放大用光纤20的包层22中传播。并且，激励光通过放大用光纤20的纤芯21时，被添加于纤芯21中的活性元素吸收，来激发活性元素。被激发的活性元素发生受激辐射，由于该受激辐射，种子光被放大，作为输出光从放大用光纤20的输出端输出。接下来，对激励光在放大用光纤20中传播时的激励光的偏模进行说明。图3是表示将图I的放大用光纤20捆起来的样子的图。首先，如图3所示，以卷成直径130mm的圆形状的状态将放大用光纤20捆起来。然后，不使种子光源11输出种子光，仅使激励光从激励光源13输入放大用光纤20。这时将从输出端输出的激励光的功率 设为Wl (W)。该输出的激励光的功率Wl (W)成为未被如图3所示的状态的放大用光纤20吸收的激励光的功率。在该状态下未被吸收的激励光的功率是激励光在包层中传播的放大用光纤在通常被使用的状态下，一般地从输出端输出的功率。接下来，如图4所示那样，将图3的放大用光纤20的线束压瘪而使其变形。这时在放大用光纤20最大弯曲的部分中，直径会变为30mm。在该状态下，与在图3的状态下仅向放大用光纤20输入激励光同样，不使种子光源11输出种子光，仅使激励光从激励光源13输入至放大用光纤20。将这时从输出端输出的激励光的功率设为W2 (W)。该输出的激励光的功率W2 (W)在放大用光纤20中，成为在极力减少了不被活性元素吸收的激励光的状态下，未被活性元素吸收的激励光的功率。另外，在不存在放大用光纤20的状态下，不使种子光源11输出种子光，同样地仅使激励光从激励光源13输出。而且，将从双包层光纤16输出的激励光的功率设为WKO。这成为被输入放大用光纤20的激励光的功率。这时，Wl — W2表示图I的放大用光纤20中的不交轴光线(skew ray)的功率。另外，WO — W2表不放大用光纤20能够吸收的激励光的功率。S卩，表不当种子光与激励光被输入放大用光纤20时，能够通过放大用光纤20放大种子光的激励光的功率。因此，(Wl — W2)/ (W0 — W2)为(放大用光纤20中的不交轴光线的功率)/ (放大用光纤20可以吸收的激励光的功率)，表示不交轴光线相对于吸收光的功率的比率。并且，当不交轴光线相对于该吸收光的功率的比率大于10%时，不交轴光线的增加的比例开始变大，当比13%大时，不交轴光线更急剧地增加。因此，在放大用光纤20中，不交轴光线相对于该吸收光的功率的比率差，超过13%时，则种子光的放大效率急剧地变差。但是，在本实施方式中，如上所述，满足r/R ^ O. 97,因此(Wl — W2)/ (W0 — W2) < 13%。从而，本实施方式的放大用光纤20能够抑制不交轴光线，因此能够有效地吸收激励光。另外，进一步，当满足r/R 彡 O. 96 时，
(ffl - W2) / (WO - W2) < 10%，因此，放大用光纤20能够进一步抑制不交轴光
线，能够更有效地吸收激励光。接下来，对放大用光纤20中的泄漏光进行说明。通常，公知的是，若在放大用光纤中，产生外部包层的偏壁，则会产生激励光的泄漏。而且，当将外部包层23的最薄的部分的厚度 t设为I时，若厚的部分的厚度T的厚度超过I. 4，则该激励光的泄漏会急剧增大。但是，如上所述，本实施方式中的放大用光纤20的包层22满足O. 92 ( r/R,因此，即使在制造时外部包层23的偏壁产生偏差的情况下，当将外部包层23的最薄的部分的厚度t设为I时，厚的部分的厚度T也为1.4以下。因此，能够有效地抑制激励光的泄漏。如上述说明，根据本实施方式的放大用光纤20，内切圆c的直径!■与外接圆C的直径R的比(r/R)满足O. 92 彡 r/R 彡 O. 97。因此，本实施方式的放大用光纤20能够抑制外部包层23的偏壁引起的激励光的损耗，进一步，能够抑制激励光的偏模。因此，通过添加于纤芯21中的活性元素，能够有效地吸收激励光。因此，使用了这样的放大用光纤20的本实施方式的光纤放大器I能够有效地进行光的放大。进一步，当内切圆c的直径r与外接圆C的直径R的比(r/R)满足O. 92 彡 r/R 彡 O. 96 时，放大用光纤20能够进一步抑制激励光的偏模，能够有效地吸收激励光，因此使用了这样的放大用光纤20的光纤放大器I能够更有效地进行光的放大。另外，本实施方式的放大用光纤20的截面上的包层22的外形的顶点为圆弧形，因此与多边形的顶点有棱角的情况相比，能够抑制外部包层23的偏壁。以上，以实施方式为例对本发明进行了说明，当本发明不限于此。例如，在上述实施方式中，放大用光纤20的截面上的包层22的外形的顶点为圆弧形，但本发明不限于此，包层22的外形的顶点也可以有棱角。另外，在上述实施方式中，放大用光纤20的截面的包层22的外形为7边形，但本发明不限于此，也可以是其他的多边形。而且，若包层22的外形的顶点的个数为奇数，则不会构成二次轴对称，因此在制造时，能够提高包层22的外形的控制性。另外，因为便于制造，优选包层22的外形的顶点的个数为5 8个。另外，在上述实施方式中，放大用光纤20的包层22为单层，但本发明不限于此，包层22也可以由多层构成。该情况下，能够进一步防止激励光从包层泄漏。实施例以下，例举实施例以及比较例来更具体地说明本发明的内容，但本发明不限于此。(实施例I)通过MCVD法制作了纤芯主材的外周用包层主材被覆的光纤预制棒的中间体，其中纤芯主材的材料为一并添加了 Ybl. 2质量％和A13. 5质量％的石英，包层主材为不含添加物的石英，。之后，对光纤预制棒的中间体进行切削加工，制作了与长度方向垂直的截面的包层主材的外形为7边形的光纤预制棒。然后，对该光纤预制棒进行拉丝，进一步，用紫外线硬化树脂所构成的外部包层被覆包层的外周。然后，进一步用紫外线硬化树脂所构成的保护层被覆外部包层的外周，制作出长度为IOm的放大用光纤。此时，在拉丝中调整拉丝炉的温度，来使截面上的包层的外形的顶点为圆弧形。这样制作出的放大用光纤的纤芯的直径为7μπι。此外，包层的内切圆的直径r以及外接圆的直径R为表I所示的大小。因此，r/R为表I所示的值。另外，外部包层的外径为 160 μ m。(实施例2 4)将拉丝中的拉丝炉的温度调整成分别与实施例I不同的温度，以使包层的截面上的外形的顶点的弧度与实施例I不同，除此之外与实施例I同样的方法来制作出放大用光纤。该制作出的放大用光纤的包层的内切圆的直径r，以及外接圆的直径R为表I所示的大小。因此，实施例2 4的放大用光纤中的r/R分别为表I所示的值。其中，外部包层的外径与实施例I相同。(比较例I 3)将拉丝中的拉丝炉的温度调整成分别与实施例I 4不同的温度，来使包层的截面上的外形的顶点的弧度与实施例I 4不同，除此以外与实施例I同样的方法来制作出放大用光纤。该制作出的放大用光纤的包层的内切圆的直径r以及外接圆的直径R为表I所示的大小。因此，比较例I 3的放大用光纤中的r/R分别为表I所示的值。其中，外部包层的外径与实施例I同样。[表 I]
权利要求
1.一种放大用光纤，其具备添加了活性元素的纤芯、被覆所述纤芯的包层以及被覆所述包层的外部包层， 该放大用光纤的特征在干， 所述包层的截面的外形为多边形，并且若将所述外形的内切圆的直径设为r，将外接圆的直径设为R，则满足0. 92彡r/R く 0. 97。
2.根据权利要求I所述的放大用光纤，其特征在干， 所述内切圆的直径r与所述外接圆的直径R满足0. 92彡r/R彡0. 96。
3.根据权利要求I或2所述的放大用光纤，其特征在干， 所述多边形的顶点为圆弧形。
4.根据权利要求r3中的任意一项所述的放大用光纤，其特征在干， 所述多边形的顶点的数量为奇数。
5.根据权利要求r3中的任意一项所述的放大用光纤，其特征在干， 所述多边形为5边形 8边形。
6.根据权利要求5所述的放大用光纤，其特征在干， 所述多边形是7边形。
7.根据权利要求1 6中的任意一项所述的放大用光纤,其特征在于， 所述包层由多层包覆层构成。
8.ー种子光纤放大器，其特征在干， 具备 权利要求r7中的任意一项所述的放大用光纤；以及 激励光源，输出入射到所述放大用光纤中的激励光。
全文摘要
本发明的目的在于提供一种使活性元素能够有效地吸收激励光的放大用光纤以及使用该光纤的光纤放大器。放大用光纤(20)具备添加了活性元素的纤芯(21)、被覆纤芯(21)的包层(22)以及被覆包层(22)的外部包层(23)，该放大用光纤(20)的特征在于，包层(22)的截面的外形为多边形，并且若将内切圆的直径设为r，将外接圆的直径设为R，则满足0.92≤r/R≤0.97。
文档编号H01S3/06GK102782963SQ20118001020
公开日2012年11月14日 申请日期2011年2月21日 优先权日2010年2月22日
发明者高梨智弘 申请人:株式会社藤仓
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